基于PLC的车载自动调平系统设计

基于PLC的车载自动调平系统设计
作者：李志民黄辰
来源：《物联网技术》2017年第04期
摘要：车载自动调平系统是利用自动控制技术随时根据陆基面的不平整度自动调整支撑脚的垂直高度，确保车载工作平台达到理想水平平整度要求的综合自动化系统。

文中研制了可使战车高炮系统到达各种凹凸路面地点后底盘快速精确达到水平的调平系统，使战车高炮系统迅速转换为作战状态或者常规状态，确保发出精确的炮弹角度，提高系统的机动性。

关键词：自动调平；控制系统；PLC；调平系统
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）04-0-02
0 引言
随着国内外军事形势和国防技术的发展，越来越多的军用设备需要根据任务需求随时变更工作地点。

对于装备各种重型武器的战车，必须保证在各种恶劣的地理环境下完成精确打击，并且保证这些军用设备的机动性能。

为了确保坦克火炮的连续射击精度，采用军用卡车底盘高射炮系统。

战场地形不均匀，如果仅仅使用轮胎支撑，水平误差将直接影响射击精度，弹性效果也会影响连续射击的稳定性。

因而火炮射击时，其底盘必须处于水平状态。

当卡车到达指定地点后，利用调平系统迅速将底盘调至水平状态，这样设备才能快速进入工作，工作完成后也能迅速转移。

此举既保证了设备的正常工作，又大大提高了设备的机动性。

1 调平系统的组成
调平系统的组成如图1所示。

该系统由4套水平展开机构、4套撑腿、1套双轴水平检测器、1套温控装置、1套控制箱、1套车外操作盒、电缆组等组成。

撑腿分为电液式和机电式。

控制箱由PLC控制器、低压电源、操作员面板、中间继电器和保护设备等组成。

各部分作用如下：
（1）水平展开机构：实现撑腿水平展开和收回。

（2）撑腿：调平系统的运行单元。

（3）可编程控制器PLC：调平系统的大脑。

（4）水平传感器：用于测量夹角。

（5）撑腿到位检测和报警装置：用于检测与报警。

（6）车外操作装置：实现车内外操作。

（7）操作员面板：用于人为进行操作时的人机交互。

（8）低压电源：用于各系统各部分低压供电。

系统中通常使用可编程控制器来控制，以第一个达到最高点的支撑腿为标准，其余腿作调整。

调节X轴的方向，当角度与预期值相差较大时，增加速度，较少调整时间；当目标值与预期的角度相差较小时，减速以保证调速系统要求的精度。

在这个过程中，必须不断检测Y 轴信号，通过适当调整，确保Y轴的角度方向几乎不变。

调整Y轴方向的原理和过程相似。

图2所示为以支撑腿1达到最高点为例画出的微调流量图。

2 调平系统的硬件设计
西门子SIMATIC S7-200系列PLC主要包含一个中央处理器单元（CPU226），数字输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块。

是拥有高速和中等规模I/O配置的中央处理单元（CPU226），可用于中等规模和中等程序指令执行速度的程序安装；32点输入的数字输入模块运用光耦合器来与总线隔离；模拟量输入模块有两个输入和反向极性保护。

此外，模拟输入端的电平传感器电路包括集成运算放大器和相敏整流器。

因此，我们选择它作为主控元件。

中央处理单元（CPU226）的详细参数为：CPU226功耗为11 W，有10 240 B的数据存储器。

本机具有24位数字量输入，16位数字量输出的I/O特性，允许最大的扩展I/O模块为7个。

共有256个定时器，布尔量运算执行时间为0.22μs。

输入电压为20.4～28.8 V DC，输入电流在24 V DC并连接最大负载时可达1 050 mA。

水平传感器系统采用玻璃液位开关三极管，它有一个公共电极与两个控制用电极。

当水平面为0时，电极输出相同的电流，为9 mA；当失去水平状态时，相应的控制电极输出信号之间的差异；当倾斜度大于15度时，传感器饱和，此时电极的输出电流为12 mA。

系统的每只脚上设有一个液体电压力开关，用于反映各腿的情况。

其最大工作压力为350 MPa，切换频率为每分钟80次。

当支撑腿接地时，电压力开关闭合，当支撑腿离开地面时，液体的电压力开关断开。

通过电磁铁操作的直接作用完成了腿的升降运动，开关频率为15 000次/小时。

系统的硬件结构如图3所示。

3 调平系统的软件设计
该系统的软件设计将根据图4所示的工作流程展开。

本系统的软件设计采用西门子公司生产的PLC STEP7 V5.1与西门子编程软件的使用匹配。

SIMATIC STEP7 V5.1编程软件提供三种编程工具，分别为语句表（STL），功能图（FBD）和梯形图（LAD）。

根据各模块的功能，系统采用梯形图完成软件设计。

4 结语
本文阐述了自动调平系统在我们日常生活中的重要性。

并着重介绍了自动调平系统的软硬件设计。

最后简述了在系统设计过程中遇到的问题。

由于调平系统可用于各个方面，因此调平系统的优化既可造福社会，又可为企业带来可观的收益。

参考文献
[1]翁雨艳. PLC控制系统的设计方法[J].科技创新与应用，2013（30）：96.
[2]姚舜才，张艳兵.基于PLC的自动调平系统[J].中北大学学报（自然科学版），2003，24（1）：14-17.
[3]周春燕.基于PLC的自动调平控制系统研制[D].西安：西安电子科技大学，2010.
[4]陆作其，单春贤，赵志磊，等.车载雷达自动调平系统中虚腿的模糊控制[J].数学的实践与认识，2010，40（3）：115-122.
[5]唐瑜.农机驾驶座椅自动调平系统研究[D].杨凌：西北农林科技大学，2010.
[6]常伟.沥青混凝土摊铺机自动调平电控系统[J].民营科技，2012 （1）：233.
[7]耿雪樵，陈奇.海底钻机液压式自动调平系统[J].科技创新导报，2009（26）：80-81.
[8]裴东，张振良，邓方刚.基于PLC的重型载车自动调平系统[J].起重运输机械，2009（3）：72-74.
[9]彭建坡，李玉伟. PLC控制系统的设计方法及要点浅析[J].科技信息，2007（14）：263.
[10]黎鑫溢，郭纪梅，李英智.汽车起重机支腿自动调平控制分析与策略研究[J].建筑机械，2007（13）：51-54.
[11]江进国，姚志功，殷新胜，等.大型钻机自动调平原理与系统实现[J].液压与气动，2007（8）：43-46.
[12]吴峰，杨俊义，雷龙，等.某车载高炮液压自动调平控制系统[J].火炮发射与控制学报，2007（1）：67-72.
[13]李广伟，许新芳.机电式自动调平系统[J].兵工自动化，2013，32 （3）：1-2.
[14]刘卫平，王明泉. PLC的发展和应用前景[J].机械管理开发，2009，24（5）：78-80.
[15]陈晨.基于PLC的自动调平系统[D].南京：南京化工职业技术学院，2011.。